加装低压省煤器对汽轮机排汽量的影响研究庞乐，赵玉柱，张帅，李鹏华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030摘 要为研究低压省煤器吸收的排烟余热的有效利用水平，基于等效焓降法的基本原理，建立了汽轮机低压加热系统中凝结水抽出与引入对其排汽量影响的通用计算模型，进而推导出低压省煤器在各种连接方式下投入运行后对汽轮机排汽量影响的通用计算模型。以某国产330 MW机组为例，利用所提出的计算模型得出两种不同工况下汽轮机排汽量和排汽损失的增加值，结果表明，低压省煤器吸收的排烟余热能用于汽轮机做功的仅为10左右，其余热量最终都进入冷源损失。关键词火电厂；低压省煤器；余热；排汽量；有效利用；冷源损失中图分类号 TK267 文献标志码 A DOI 10.11930/j.issn.1004-9649.2018090620 引言低压省煤器是一种布置于锅炉尾部烟道空气预热器后吸收排烟余热加热汽轮机回热系统部分凝结水的余热利用装置，主要用来降低锅炉排烟温度，提高汽轮机组的做功能力，其经济性多采用对比试验法或等效焓降法得出[1-2]。根据相关文献的研究，低压省煤器投入运行后对汽轮机相对内效率、真空和排汽焓的影响完全可以忽略[3-6]；从实际的运行情况看，低压省煤器节能效果并不显著[7-12]，其吸收的排烟余热有效利用率并不高，大部分排烟余热进入汽轮机后仍然是被损失掉。为研究低压省煤器吸收的排烟余热在汽轮机中的有效利用水平以及最终进入汽轮机排汽损失的量，本文建立了低压回热系统凝结水抽出与引入对汽轮机排汽量影响的通用计算模型，进而得到各种连接方式下低压省煤器投入运行后对汽轮机排汽量的影响，从能量利用的角度分析锅炉排烟余热引入汽轮机后的有效利用水平。1 加装低压省煤器对汽轮机排汽量的影响在新蒸汽流量一定的条件下，根据等效焓降法基本原理，加装低压省煤器后，当凝结水被抽出时，为使抽出点后（这里前后按凝结水流向确定，上游为前，下游为后）系统不受影响，需增加抽出点前的凝结水流量，导致抽出点前抽汽量增加，汽轮机排汽量减少；当凝结水通过低压省煤器加热后引入至汽轮机回热系统时，为使引入点后系统不受影响，需减少引入点前的凝结水流量，导致抽出点前抽汽量减少，汽轮机排汽量增加。下面根据进入低压省煤器凝结水各种可能抽出和引入点的位置，建立低压省煤器对汽轮机排汽量影响的通用计算模型。1.1 凝结水抽出与引入对汽轮机排汽量影响的计算模型凝结水从低压回热系统抽出和引入的可能位置有8号低压加热器入口及8号、7号、6号和5号低压加热器出口，绘制低压回热系统凝结水抽出和引入位置示意图，如图1所示。首先，引入低压加热系统换热计算的基本概念“热率”。热率为单位工质在热交换过程收稿日期2018−09−18； 修回日期2018−10−18。h5d5 d6 d7 d8 d0h6 h7 h8HTR5 HTR6 HTR7 HTR8h−5 h−6 h−7 h−8 h−e0h−s8h−s7h−s6h−s5图 1 低压回热系统凝结水抽出和引入位置示意Fig. 1 Illustration of the locations for the extraction andinjection of condensate第 52 卷 第 4 期中国电力Vol. 52, No. 42019 年 4 月ELECTRIC POWER Apr. 2019133中吸收或放出的热量，单位为kJ/kg，如凝结水吸热率、抽汽放热率和疏水放热率等。凝结水在低压加热器中吸热率的计算方法为{ ∆hn hn hn1 n 5;6;7∆h8 h8 he0（1）hn式中Δhn为凝结水在第n个低压加热器中的焓升，kJ/kg；为第n个低压加热器出口水焓，kJ/kg；he0为8号低压加热器入口水焓，kJ/kg。抽汽在低压加热器中放热率的计算方法为qn hn hsn n 5;6;7;8（2）hsn式中qn为n段抽汽在低压加热器中的放热率，kJ/kg；hn为n段抽汽焓，kJ/kg；为第n个低压加热器疏水焓，kJ/kg。疏水在低压加热器中放热率的计算方法为qsn hsn hsn1 n 5;6;7（3）qsn式中为n号低压加热器单位质量疏水在n1号低压加热器中的放热率，kJ/kg。低压省煤器出水在下一级低压加热器中的放热率为qLn hL hn n 5;6;7（4）qLn式中为通过低压省煤器加热后的凝结水在n－1级加热器中的放热率，kJ/kg；hL为通过低压省煤器加热后凝结水焓，kJ/kg。设凝结水被抽出低压加热器系统时流量d为正，凝结水被引入低压加热器系统时流量d为负。当从8号低压加热器入口、各级低压加热器出口抽出单位质量（即d1）的凝结水时，汽轮机排汽减少量为f，那么根据等效焓降法的基本原理8f0 0f8 ∆h8q8f7 ∆h8q8 ∆h7q7f6 ∆h8q8 ∆h7q7 ∆h6q6f5 ∆h8q8 ∆h7q7 ∆h6q6 ∆h5q5（5）当从n号低压加热器出口抽出单位质量（即dn1）的凝结水时，汽轮机排汽减少量fn为8f0 0fn 8∑n∆hnqn n 5;6;7;8（6）同理，当从n号低压加热器出口引入单位质量（即dn–1）的被加热凝结水时，汽轮机排汽f′n增加量为f′n 8∑n∆hnqn qLn 1qn 1n 5;6;7;8（7）1.2 加装低压省煤器对汽轮机排汽量影响的计算模型某典型两路混进低压省煤器，分别从8号和7号低压加热器出口抽出凝结水后进入低压省煤器，被加热的凝结水返回至6号低压加热器出口，如图2所示。根据上述推导，代入式（6）和（7），得到该低压省煤器投入运行后，汽轮机排汽增加量DL为DL D60BBBBBB8∑n6∆hnqn qL5q51CCCCCCA 0BBBBBBD8∆h8q8D78∑n7∆hnqn1CCCCCCA（8）低压省煤器其他连接方式以此类推。2 应用实例以某国产N330-16.7/566/566型机组加装低压省煤器后THA工况为例进行分析，该机组为亚临界、一次中间再热、高中压合缸，双缸双排汽、单轴、反动、凝汽式机组，具有8段非调整抽汽。其设计参数如表1所示。该机组加装的低压省煤器采取与5、6号低压加热器并联布置的方式，即从7号低压加热器出口抽出凝结水进入低压省煤器，加热后返回5号低压加热器出口，下面根据低压省煤器两个运行工况，计算其投入运行后对汽轮机排汽量的影响。（1）工况一。在THA工况下，低压省煤器投入运行，机组HTR5 HTR6 HTR8HTR7低压省煤器图 2 低压省煤器连接方式示意Fig. 2 Diagram of the connection mode of lowpressure economizer中国电力第 52 卷134负荷为330 MW，排汽焓为2 360.3 kJ/kg。从7号低压加热器出口抽出290 t/h凝结水，经过低压省煤器加热后返回至5号低压加热器出口，汽轮机低压回热系统各参数如图3所示。qs7 qs6qs5qL4根据式（1）、（2）、（3）、（4）计算得到凝结水在低压加热器中的吸热量分别为Δh8211.5 kJ/kg、Δh790.0 kJ/kg、Δh686.4 kJ/kg、Δh585.2 kJ/kg，抽汽在低压加热器中的放热量分别为q82 476.8 kJ/kg、q72 415.8 kJ/kg、q62 453.7kJ/kg、q52 490.5 kJ/kg，疏水在下一级低压加热器中释放出的热量分别为193.5 kJ/kg、90.4kJ/kg、86.9 kJ/kg，低压省煤器出水在下一级低压加热器中释放出的热量0。f′5当从7号低压加热器出口抽出单位质量凝结水时，根据式（5）计算得到汽轮机排汽减少量为f70.122 6 kg/h；当从5号低压加热器出口引入单位质量凝结水时，根据式（7）计算得到汽轮机排汽增加量为0.192 1 kg/h。当从7号低压加热器出口抽出凝结水和从5号低压加热器出口引入凝结水量为290 t/h时，根据式（8）的基本计算原理，计算得到汽轮机排汽增加量DL20 132.42 kg/h。（2）工况二。在THA工况下，低压省煤器投入运行，机组负荷为330 MW，汽轮机排汽焓为2 358.8 kJ/kg。从7号低压加热器出口抽出144 t/h凝结水，经过低压省煤器加热后返回至5号低压加热器出口，汽轮机低压回热系统各参数如图4所示。qs7 qs6 qs5qL4根据式（1）、（2）、（3）、（4）计算得到凝结水在低压加热器中的吸热量分别为Δh8210.2 kJ/kg、Δh789.7 kJ/kg、Δh686.1 kJ/kg、Δh585.9 kJ/kg，抽汽在低压加热器中的放热量分别为q82 474.4 kJ/kg、q72 413.9 kJ/kg、q62 451.6 kJ/kg、q52 489.6 kJ/kg，疏水在下一级低压加热器中释放出的热量分别为192.3 kJ/kg、90.1 kJ/kg、86.6 kJ/kg，低压省煤器出水在下一级低压加热器中释放出的热量0。f′5当从7号低压加热器出口抽出单位质量凝结水时，根据式（5）计算得到汽轮机排汽减少量为f70.122 1 kg/h；当从5号低压加热器出口引入单位质量凝结水时，根据式（7）计算得到汽轮机排汽增加量为0.191 7 kg/h。当从7号低压加热器出口抽出凝结水和从5号低压加热器出口引入凝结水量为144 t/h时，根据式（8）的基本计算原理，计算得到汽轮机排汽增加量DL10 025.78 kg/h。表 1 机组THA工况设计参数（低压省煤器未投入运行）Table 1 Design parameters of unit of THA condition with no low pressure economizer in operation负荷/MW热耗率/kJkWh–1排汽流量/kgh–1排汽焓/kJkg–1热井凝结水焓/kJkg–1330 7 798 581 262 2 357.7 139.90.474 MPa15 506 kg/h289.6 C3 043.8 kJ/kg126.0 C531.1 kJ/kgHTR5553.3 kJ/kg 15 506 kg/h105.6 C444.7 kJ/kgY145.9 C616.3 kJ/kg145.9 C616.3 kJ/kgX84.2 C354.7 kJ/kg33.6 C143.2 kJ/kg0.274 MPa15 424 kg/h226.0 C2 920 kJ/kg0.144 MPa26 535 kg/h159.2 C2 791.8 kJ/kg0.066 MPa57 188 kg/h89.6 C2 659.3 kJ/kg低压省煤器131.6 C466.4 kJ/kg 30 931 kg/h 376.0 kJ/kg 57 466 kg/h89.8 CHTR6 HTR7111.2 CHTR8182.5 kJ/kg 116 184 kg/h43.6 CYX 290 000 kg/h 145.9 C616.2 kJ/kg图 3 290 t/h工况低压回热系统参数Fig. 3 Parameters of low pressure regenerative system under 290 t/h operating condition第 4 期 庞乐等加装低压省煤器对汽轮机排汽量的影响研究135（3）案例分析。根据上述THA工况下低压省煤器两不同工质流量，计算得到其对汽轮排汽量的影响。汇总计算结果如表2所示。由表2可知，在THA工况下，改变低压省煤器流量，汽轮机排汽量也相应变化，并随着低压省煤器吸热量的增加汽轮机排汽量也相应增加。低压省煤器吸收的排烟余热进入汽轮机后，由于排挤抽汽的品质不高，汽轮机增加的做功能力并不大，大部分能量随汽轮机排汽损失被循环冷却水带走，能量有效利用率仅10左右。3 结论部分凝结水通过低压省煤器吸收排汽余热返回汽轮机时，在降低锅炉排烟温度的同时也增加了汽轮机的排汽量，从而增加了汽轮机的排汽损失，使循环冷却水吸热量增加，烟气余热的有效利用率并不高。根据上述两种工况的计算分析，通过低压省煤器吸收的排烟余热仅有约10被汽轮机系统有效利用，剩下的约90被循环冷却水吸收而损失掉，本文的研究结果对低压省煤器节能改造具有重要参考价值。参考文献任彦, 赵宁, 陈晓峰. 火力发电厂低压省煤器系统的节能效果研究[J]. 热能动力工程, 2013, 284 372–375.REN Yan, ZHAO Ning, CHEN Xiaofeng. 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Research onheat transfer characteristics of low pressure economizer[J]. PowerSystem Engineering, 2014, 305 30–32.[12]作者简介庞乐1984，男，高级工程师，从事大型火力发电厂汽轮机及热力系统能效测试及性能诊断、电站设备状态监测与故障诊断的研究，E-mail le-。（责任编辑 张燕）Study on the Effects of Low Pressure Economizer on Turbine Exhaust VolumePANG Le, ZHAO Yuzhu, ZHANG Shuai, LI PengHuadian Electric Power Research Institute Co., Ltd., Hangzhou 310030, ChinaAbstract In order to uate the effectiveness of utilizing the heat absorbed by the low-pressure economizer, based on thefundamental principles of the equivalent enthalpy drop , a general computation model is established for the influence ofextraction and injection of the condensate in the low-pressure heating system on the exhaust volume of the steam turbine. Then, ageneral model is derived to compute the influence of the low-pressure economizer on the steam turbine exhaust volume whenoperated under various connection modes. Taking a domestic 330 MW unit as an example, using the computation model proposed inthis paper, the increments of the steam exhaust volume and exhaust losses under two different operating conditions are obtainedrespectively, which shows that only about 10 of the thermal energy absorbed in the low-pressure economizer is reused by the steamturbine to produce power, while the rest of the heat eventually becomes part of cold source loss.Keywords thermal power plant; low-pressure economizer; exhaust heat; exhaust volume; effective utilization; cold source loss第 4 期 庞乐等加装低压省煤器对汽轮机排汽量的影响研究137